多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中的耐盐性
多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中的耐盐性[20200614171404]
摘要：纳米材料是近年来发展迅速的一种新型材料，目前，关于纳米材料在植物生长发育过程中的调节作用的研究还较少。多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）是一种新发现的纳米材料，有研究表明， MWCNT在植物种子萌发、细胞和幼苗的生长过程中均具有促进作用。本文主要针对MWCNT在提高紫花苜蓿（Medicago sativa L.）种子萌发过程中耐盐性的机制进行了研究。结果表明，在一定范围内，不同浓度（10 μg/mL～500 μg/mL）MWCNT均能不同程度缓解100 mM NaCl胁迫引起的紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长过程中的抑制作用。其中，100 μg/mL MWCNT预处理表现出最大程度缓解盐害的效果。此外，抗氧化酶活性变化的结果表明，MWCNT能够调节NaCl胁迫下紫花苜蓿种子萌发过程中的抗氧化防御系统。其中，MWCNT预处理能显著提高过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，而超氧化物歧化酶（SOD）的活性降低。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
关键字:多壁碳纳米管；盐胁迫；萌发；活性氧；抗氧化酶
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 试剂2
1.2 MWCNT悬浮液的配制2
1.3 植物材料、生长条件和实验设计2
1.4 萌发和生长分析3
1.4.1 萌发指标的统计3
1.4.2 鲜重的称量3
1.4.3 芽长和根长的测量3
1.5 抗氧化酶活性和蛋白质含量的测定3
1.5.1 过氧化氢酶（CAT）活性的测定3
1.5.2 过氧化物酶（POD）活性的测定3
1.5.3 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定3
1.5.4 抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的测定4
1.5.5 蛋白质含量的测定4
1.6 统计分析4
2 结果与分析4
2.1 多壁碳纳米管能够缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的抑制作用4
2.1.1 多壁碳纳米管能够提高NaCl胁迫下紫花苜蓿种子的萌发率4
2.1.2 多壁碳纳米管能够缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿幼苗生长的抑制作用6
2.2 多壁碳纳米管能够调节NaCl胁迫下紫花苜蓿种子萌发过程中的抗氧化酶系统7
3 讨论8
致谢9
参考文献10
多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中的耐盐性
引言
苜蓿是一种来自近东和中亚的豆科植物，主要分布于温暖地区，紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是其三大类之一[1, 2]。在国内，经过两千多年的传播与培育 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，如今，紫花苜蓿已成为种植面积最大的栽培牧草，同时，它也是世界上栽培历史最悠久、面积最广泛的深根系多年生豆科牧草，具有适应性广、产量高、品质好、经济效益高、营养丰富的特点，被誉为“牧草之王”[3]。
在各种非生物胁迫中，盐胁迫是限制植物地理分布、影响植物生长、降低作物产量的最主要因素之一[4-6]。据统计，全世界目前约有20%的各类盐渍地，我国也拥有大面积的盐渍地，主要分布于农田，每年造成的危害难以估计[1]。充分开发和利用这些盐渍地，对于增加我国乃至世界的农业生产，有着重要的意义。紫花苜蓿是豆科牧草中比较耐盐的牧草，在中性和轻度盐渍土壤中生长良好。作为发展畜牧业的首选牧草，如果进一步提高其耐盐性（salt tolerance），不但可以增加饲料产量，减缓我国蛋白质饲料的不足，同时将会大大提高盐渍地的利用率。在盐渍地中，苜蓿首先遇到的是盐胁迫条件下种子萌发的问题[3]。种子萌发（seed germination）是指种子从吸水到胚根（很少情况下是胚芽）突破种皮期间所发生的一系列生理生化变化过程[7]。生产上往往以幼苗出土作为种子萌发结束的标准[8]。盐胁迫会降低种子储藏物质的分解和转化速率，抑制萌发率、发芽指数等，还会破坏活性氧（ROS）产生和清除系统的动态平衡导致膜脂过氧化，从而破坏膜结构，抑制种子萌发。正常情况下，植物体内产生的ROS不足以使植物受到伤害，因为植物在长期进化过程中形成了一个完善的清除ROS的防卫系统，使ROS的产生与清除处于动态平衡状态，自由基水平很低，不会伤害细胞[7]。植物体内的抗氧化防御系统，又称活性氧清除系统，包括酶促系统和非酶促系统。其中，酶促系统主要包括过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等。盐胁迫会导致ROS过量产生，并降低酶的活性，进而引起氧化伤害[9-11]。而抗氧化酶对于清除过量产生的ROS起着重要的作用[12, 13]，因此，上调抗氧化酶系统有助于提高植物的耐盐性。
纳米技术由诺贝尔奖得主Feynman于1960年提出[14]。目前，成熟的纳米技术主要针对1-100 nm之间的尺度，该尺度处于微观和宏观尺度的过渡区域，处于该尺度下的物质大都兼有微观系统和宏观系统的特点，如表面效应、体积效应、量子效应和隧道效应等，导致其在物理、化学、生物和医药等领域具有广泛的应用前景。目前，广泛应用于生物领域的纳米材料大致分为两类，一类是生物友好型的纳米材料，另一类是利用生物大分子开发的纳米材料，两类纳米生物材料都具有上述四个特性。在现有的纳米生物材料中，碳纳米材料受到了比较广泛的关注，其中包括碳纳米管和石墨烯。碳纳米管是Iijima于1991年发现的一种新型纳米材料，是一种由碳原子sp2杂化形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体[15]。根据石墨烯的层数不同，碳纳米管分为单壁碳纳米管（single-wall carbon nanotube，SWCNT）和多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）。碳纳米管兼有高强度和轻质量的特点，因此被称为“超级纤维”[16]。最近，Khodakovskaya等[17-22]的研究表明，多壁碳纳米管对植物生长具有促进作用。
目前，关于多壁碳纳米管对植物生长的调节作用的研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
还较少，其生物学效应以及相应的机制还不明确。本研究以紫花苜蓿为材料，设置了一系列浓度梯度的多壁碳纳米管悬浮液对种子进行预处理，观察它们在盐胁迫条件下的萌发情况，最终确定了多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中耐盐性的最佳浓度。此外，还测定了不同处理条件下四种抗氧化酶（CAT、POD、SOD、APX）的活性，初步探讨了多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中耐盐性的机理。
1 材料与方法
1．1 试剂
纳米材料多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）购自南京先丰纳米材料科技有限公司。除特别说明外，实验中所用试剂均购自Sigma公司（美国密苏里州圣路易斯市）。
1．2 MWCNT悬浮液的配制
碳纳米管的分子量巨大，难溶于水和有机溶剂[23]。因此，需配制MWCNT的悬浮液。先配制浓度为1 mg/mL的MWCNT悬浮液作为母液，再配制一系列浓度梯度为10 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL和500 μg/mL的MWCNT悬浮液。
1．3 植物材料、生长条件和实验设计
紫花苜蓿（Medicago sativa L.）种子品种为标杆（cv. Icon），购自江苏省农科院。种子用5%次氯酸钠（NaClO）溶液浸泡10 min进行表面消毒，再用去离子水冲洗，然后将这些种子分别浸入到H2O（Con）、10 μg/mL MWCNT（10）、50 μg/mL MWCNT（50）、100 μg/mL MWCNT（100）和500 μg/mL MWCNT（500）中，25 °C暗培养箱中浸种12 h，进行预处理。预处理结束后，选取大小一致、颗粒饱满的种子摆放于铺有滤纸的培养皿中，每个培养皿内摆50粒，随后分别加入4 mL H2O或100 mM NaCl[11]作为处理液，每个处理均设置三个重复，于25 °C暗培养箱中培养。每隔12 h记录各处理的萌发率，连续记录3 d，并计算相应的发芽指数。36 h时在每个培养皿中补加入3 mL H2O或100 mM NaCl，72 h时称量各处理的鲜重并测量幼苗的芽长及根长。36 h时取样，样品直接使用，或者保存于液氮中或-80 °C冰箱中，用于抗氧化酶活性的测定。
摘要：纳米材料是近年来发展迅速的一种新型材料，目前，关于纳米材料在植物生长发育过程中的调节作用的研究还较少。多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）是一种新发现的纳米材料，有研究表明， MWCNT在植物种子萌发、细胞和幼苗的生长过程中均具有促进作用。本文主要针对MWCNT在提高紫花苜蓿（Medicago sativa L.）种子萌发过程中耐盐性的机制进行了研究。结果表明，在一定范围内，不同浓度（10 μg/mL～500 μg/mL）MWCNT均能不同程度缓解100 mM NaCl胁迫引起的紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长过程中的抑制作用。其中，100 μg/mL MWCNT预处理表现出最大程度缓解盐害的效果。此外，抗氧化酶活性变化的结果表明，MWCNT能够调节NaCl胁迫下紫花苜蓿种子萌发过程中的抗氧化防御系统。其中，MWCNT预处理能显著提高过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，而超氧化物歧化酶（SOD）的活性降低。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
关键字:多壁碳纳米管；盐胁迫；萌发；活性氧；抗氧化酶
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 试剂2
1.2 MWCNT悬浮液的配制2
1.3 植物材料、生长条件和实验设计2
1.4 萌发和生长分析3
1.4.1 萌发指标的统计3
1.4.2 鲜重的称量3
1.4.3 芽长和根长的测量3
1.5 抗氧化酶活性和蛋白质含量的测定3
1.5.1 过氧化氢酶（CAT）活性的测定3
1.5.2 过氧化物酶（POD）活性的测定3
1.5.3 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定3
1.5.4 抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的测定4
1.5.5 蛋白质含量的测定4
1.6 统计分析4
2 结果与分析4
2.1 多壁碳纳米管能够缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的抑制作用4
2.1.1 多壁碳纳米管能够提高NaCl胁迫下紫花苜蓿种子的萌发率4
2.1.2 多壁碳纳米管能够缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿幼苗生长的抑制作用6
2.2 多壁碳纳米管能够调节NaCl胁迫下紫花苜蓿种子萌发过程中的抗氧化酶系统7
3 讨论8
致谢9
参考文献10
多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中的耐盐性
引言
苜蓿是一种来自近东和中亚的豆科植物，主要分布于温暖地区，紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是其三大类之一[1, 2]。在国内，经过两千多年的传播与培育 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，如今，紫花苜蓿已成为种植面积最大的栽培牧草，同时，它也是世界上栽培历史最悠久、面积最广泛的深根系多年生豆科牧草，具有适应性广、产量高、品质好、经济效益高、营养丰富的特点，被誉为“牧草之王”[3]。
在各种非生物胁迫中，盐胁迫是限制植物地理分布、影响植物生长、降低作物产量的最主要因素之一[4-6]。据统计，全世界目前约有20%的各类盐渍地，我国也拥有大面积的盐渍地，主要分布于农田，每年造成的危害难以估计[1]。充分开发和利用这些盐渍地，对于增加我国乃至世界的农业生产，有着重要的意义。紫花苜蓿是豆科牧草中比较耐盐的牧草，在中性和轻度盐渍土壤中生长良好。作为发展畜牧业的首选牧草，如果进一步提高其耐盐性（salt tolerance
纳米技术由诺贝尔奖得主Feynman于1960年提出[14]。目前，成熟的纳米技术主要针对1-100 nm之间的尺度，该尺度处于微观和宏观尺度的过渡区域，处于该尺度下的物质大都兼有微观系统和宏观系统的特点，如表面效应、体积效应、量子效应和隧道效应等，导致其在物理、化学、生物和医药等领域具有广泛的应用前景。目前，广泛应用于生物领域的纳米材料大致分为两类，一类是生物友好型的纳米材料，另一类是利用生物大分子开发的纳米材料，两类纳米生物材料都具有上述四个特性。在现有的纳米生物材料中，碳纳米材料受到了比较广泛的关注，其中包括碳纳米管和石墨烯。碳纳米管是Iijima于1991年发现的一种新型纳米材料，是一种由碳原子sp2杂化形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体[15]。根据石墨烯的层数不同，碳纳米管分为单壁碳纳米管（single-wall carbon nanotube，SWCNT）和多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）。碳纳米管兼有高强度和轻质量的特点，因此被称为“超级纤维”[16]。最近，Khodakovskaya等[17-22]的研究表明，多壁碳纳米管对植物生长具有促进作用。
目前，关于多壁碳纳米管对植物生长的调节作用的研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
还较少，其生物学效应以及相应的机制还不明确。本研究以紫花苜蓿为材料，设置了一系列浓度梯度的多壁碳纳米管悬浮液对种子进行预处理，观察它们在盐胁迫条件下的萌发情况，最终确定了多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中耐盐性的最佳浓度。此外，还测定了不同处理条件下四种抗氧化酶（CAT、POD、SOD、APX）的活性，初步探讨了多壁碳纳米管提高紫花苜蓿种子萌发过程中耐盐性的机理。
1 材料与方法
1．1 试剂
纳米材料多壁碳纳米管（multiwall carbon nanotube，MWCNT）购自南京先丰纳米材料科技有限公司。除特别说明外，实验中所用试剂均购自Sigma公司（美国密苏里州圣路易斯市）。
1．2 MWCNT悬浮液的配制
碳纳米管的分子量巨大，难溶于水和有机溶剂[23]。因此，需配制MWCNT的悬浮液。先配制浓度为1 mg/mL的MWCNT悬浮液作为母液，再配制一系列浓度梯度为10 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL和500 μg/mL的MWCNT悬浮液。
1．3 植物材料、生长条件和实验设计
紫花苜蓿（Medicago sativa L.）种子品种为标杆（cv. Icon），购自江苏省农科院。种子用5%次氯酸钠（NaClO）溶液浸泡10 min进行表面消毒，再用去离子水冲洗，然后将这些种子分别浸入到H2O（Con）、10 μg/mL MWCNT（10）、50 μg/mL MWCNT（50）、100 μg/mL MWCNT（100）和500 μg/mL MWCNT（500）中，25 °C暗培养箱中浸种12 h，进行预处理。预处理结束后，选取大小一致、颗粒饱满的种子摆放于铺有滤纸的培养皿中，每个培养皿内摆50粒，随后分别加入4 mL H2O或100 mM NaCl[11]作为处理液，每个处理均设置三个重复，于25 °C暗培养箱中培养。每隔12 h记录各处理的萌发率，连续记录3 d，并计算相应的发芽指数。36 h时在每个培养皿中补加入3 mL H2O或100 mM NaCl，72 h时称量各处理的鲜重并测量幼苗的芽长及根长。36 h时取样，样品直接使用，或者保存于液氮中或-80 °C冰箱中，用于抗氧化酶活性的测定。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/swgc/smkx/465.html
